解矩阵方程 AX+B=X ,其中A= (} 0& 1& 0 -1& 1& 1 -1& 0& -1 ) .

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查矩阵方程的求解方法,涉及矩阵的线性运算、逆矩阵的应用以及矩阵方程的变形技巧。
解题核心思路:
- 方程变形:将原方程整理为形如$(A - I)X = -B$的标准矩阵方程形式,其中$I$为单位矩阵。
- 可逆性判断:验证矩阵$A - I$是否可逆(即行列式是否非零)。
- 求逆矩阵:若$A - I$可逆,求其逆矩阵$(A - I)^{-1}$。
- 求解X:利用逆矩阵直接求解$X = -(A - I)^{-1}B$。
破题关键点:
- 正确变形方程,将所有含$X$的项集中到一边。
- 准确计算行列式,判断矩阵是否可逆。
- 逆矩阵的求解,可通过伴随矩阵法或初等行变换实现。
步骤1:方程变形
原方程为$AX + B = X$,移项得:
$AX - X = -B$
提取公共因子$X$,得:
$(A - I)X = -B$
其中$I$为3阶单位矩阵。
步骤2:验证矩阵可逆性
计算$A - I$的行列式:
$A - I = \begin{pmatrix} -1 & 1 & 0 \\ -1 & 0 & 1 \\ -1 & 0 & -2 \end{pmatrix}$
按第一行展开行列式:
$\begin{aligned}|A - I| &= (-1) \cdot \begin{vmatrix} 0 & 1 \\ 0 & -2 \end{vmatrix} - 1 \cdot \begin{vmatrix} -1 & 1 \\ -1 & -2 \end{vmatrix} + 0 \cdot \cdots \\
&= (-1) \cdot 0 - 1 \cdot [(-1)(-2) - (1)(-1)] + 0 \\
&= -3 \neq 0
\end{aligned}$
因此,$A - I$可逆。
步骤3:求逆矩阵$(A - I)^{-1}$
通过初等行变换或伴随矩阵法可求得:
$(A - I)^{-1} = \frac{1}{-3} \begin{pmatrix} 0 & 2 & 1 \\ -3 & 2 & 1 \\ 0 & -1 & 1 \end{pmatrix}$
步骤4:求解X
将$(A - I)^{-1}$与$-B$相乘:
$\begin{aligned}X &= -(A - I)^{-1}B \\&= -\frac{1}{3} \begin{pmatrix} 0 & 2 & 1 \\ -3 & 2 & 1 \\ 0 & -1 & 1 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 1 & -1 \\ 2 & 0 \\ 5 & -3 \end{pmatrix} \\
&= \begin{pmatrix} 3 & -1 \\ 2 & 0 \\ 1 & -1 \end{pmatrix}
\end{aligned}$